CN105562930A - 一种动力电池外壳的激光焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明适用于动力电池外壳焊接技术领域，提供了一种动力电池外壳的激光焊接方法，采用半导体激光器进行焊接，步骤1，根据动力电池外壳的焊缝宽度需求确定焊接处的聚焦光斑大小需求，根据聚焦光斑大小需求选择半导体激光器的光纤芯径、聚焦镜焦距和准直镜焦距的参数；步骤2，将激光焊接头倾斜使激光束与动力电池外壳表平面保持一定角度；步骤3，确定焊接过程中聚焦镜的焦点位置及聚焦镜与动力电池外壳的距离；步骤4，确定半导体激光器的激光功率和焊接速度对动力电池外壳进行焊接。通过采用半导体激光器焊接动力电池外壳，焊缝光滑均匀一致，激光的能量利用率高，在相同功率下，焊接速度更快；可以很好的降低生产企业的一次性投入成本。

Description

一种动力电池外壳的激光焊接方法

技术领域

本发明属于动力电池外壳焊接技术领域，尤其涉及一种动力电池外壳的激光焊接方法。

背景技术

目前，环境的污染以及石油危机越来越严重，汽车技术正经历着燃料多元化、动力电气化等重大技术变革。具有高效节能、低排放或零排放优势的电动汽车是解决环境危机以及石油危机的必然选择，因此受到世界各国的高度重视。而新能源汽车开发的最大瓶颈是车载动力电池。动力电池的寿命、安全性等对新能源汽车的性能起到至关重要的作用，动力电池的外壳是动力电池至关重要的一个部件，起到封装的作用。

动力电池外壳传统的焊接方法主要有Nd:YAG激光和光纤激光。Nd:YAG激光由于是以单点脉冲的形式出光焊接，对于连续焊接的效率效果很难保证，而且功率一般比较低，很难满足1mm以上铝合金动力电池外壳焊接要求。光纤激光具有功率密度高、光束质量好、能量密度相对集中、寿命长等特点,现在广泛用于动力电池外壳焊接应用，但是价格较昂贵一次性投入较大，并且动力电池外壳焊接一般需要的焊缝宽度比较大，才能弥补缝隙公差的影响，取得密封性好的效果，而光纤激光的聚焦光斑一般较小，为了得到较大的焊缝宽度，需要的离焦量比较大(激光聚焦焦点离焊缝的距离)，这在无形中浪费了激光能量。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种动力电池外壳的激光焊接方法，以解决现有技术经济成本高以及资源浪费的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种动力电池外壳的激光焊接方法，采用半导体激光器进行焊接，所述方法包括：

步骤1，根据动力电池外壳的焊缝宽度需求确定焊接处的聚焦光斑大小需求，根据所述聚焦光斑大小需求选择所述半导体激光器的光纤芯径、聚焦镜焦距和准直镜焦距的参数；

步骤2，将激光焊接头倾斜使激光束与动力电池外壳表平面保持一定角度；

步骤3，确定焊接过程中聚焦镜的焦点位置及聚焦镜与动力电池外壳的距离；

步骤4，确定半导体激光器的激光功率和焊接速度对动力电池外壳进行焊接。

本发明实施例提供的一种动力电池外壳的激光焊接方法的有益效果包括：

采用半导体激光器焊接动力电池外壳，半导体激光器的聚焦光斑本身比较大，在不需要大离焦量的情况下就可以得到较大的焊缝，弥补工件本身的缝隙，有效节约了激光能量；半导体激光能量连续输出方式，对动力电池外壳进行连续的封口焊接，这种焊接方式不同于传统的Nd:YAG激光的脉冲焊接方法，连续焊接的方式会让产生的熔池均匀稳定向前推进，焊缝光滑均匀一致，焊缝中心及焊缝边缘均熔化充分，不会出现焊接裂纹及焊接材料收缩的情况，可以保证焊缝无缺陷；半导体激光器由于波长较短，动力电池材料对半导体激光的吸收率远远高于对光纤激光的吸收率，极大减少了动力电池外壳(铝合金)材料对半导体激光的反射率，这时激光的能量利用率高，所以在相同功率下，焊接速度更快；半导体激光器成本比光纤激光器一般便宜40％，可以很好的降低生产企业的一次性投入成本。但是半导体激光器的光束质量一般较差，光束质量一般超过了80mm·mrad无法在铝合金焊接过程中形成有效熔池。本发明采用两组相同的90°棱镜，棱线相互错开一定值，第一组棱镜将光束在快轴方向切成n段并错开，第二组棱镜对光束进行重新排列，形成聚焦光束后对外输出，使得激光光束质量达到30mm·mrad。在这种情况下，半导体激光对铝合金材料焊接成为可能，本专利采用最新研制的半导体激光器(光束质量30mm·mrad)进一步对铝合金动力电池外壳进行焊接工艺实施。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的动力电池外壳的激光焊接方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

本发明提供一种动力电池外壳的激光焊接方法，采用半导体激光器进行焊接，半导体激光器具有高功率输出、高亮度和光束整形的特点。如图1所示为本发明提供的动力电池外壳的激光焊接方法的流程图，该方法包括以下步骤：

步骤1，根据动力电池外壳的焊缝宽度需求确定焊接处的聚焦光斑大小需求，根据聚焦光斑大小需求选择半导体激光器的光纤芯径、聚焦镜焦距和准直镜焦距的参数。

步骤2，将激光焊接头倾斜使激光束与动力电池外壳表平面保持一定角度。

因为动力电池为铝合金材料，对激光反射率较高，如果激光垂直入射到动力电池外壳表面上，很容易损坏光纤，因此采用倾斜一定角度进行焊接。

步骤3，确定焊接过程中聚焦镜的焦点位置及聚焦镜与动力电池外壳的距离。

步骤4，确定半导体激光器的激光功率和焊接速度对动力电池外壳进行焊接。

本发明实施例，采用半导体激光器焊接动力电池外壳，半导体激光器的聚焦光斑本身比较大，在不需要大离焦量的情况下就可以得到较大的焊缝，弥补工件本身的缝隙，有效节约了激光能量；半导体激光能量连续输出方式，对动力电池外壳进行连续的封口焊接，这种焊接方式不同于传统的Nd:YAG激光的脉冲焊接方法，连续焊接的方式会让产生的熔池均匀稳定向前推进，焊缝光滑均匀一致，焊缝中心及焊缝边缘均熔化充分，不会出现焊接裂纹及焊接材料收缩的情况，可以保证焊缝无缺陷；半导体激光器由于波长较短，动力电池材料对半导体激光的吸收率远远高于对光纤激光的吸收率，极大减少了动力电池外壳(铝合金)材料对半导体激光的反射率，这时激光的能量利用率高，所以在相同功率下，焊接速度更快；半导体激光器成本比光纤激光器一般便宜40％，可以很好的降低生产企业的一次性投入成本。

实施例一

本发明提供的动力电池外壳的激光焊接方法的实施例包括：

在本发明实施例中，采用的半导体激光器可以为光纤传导式或直接出光式，功率范围满足焊接需要的要求即可，可以选择2000w。

在本发明实施例中，步骤1中根据动力电池外壳的焊缝宽度需求确定焊接处的聚焦光斑大小需求，根据聚焦光斑大小需求选择半导体激光器的光纤芯径、聚焦镜焦距和准直镜焦距包括：

聚焦光斑的直径D小于但是接近动力电池外壳的焊缝宽度d，具体为0.8d≤D＜d。聚焦光斑的直径D、半导体激光器光纤芯径d、聚焦镜焦距f1以及准直镜焦距f2相互之间的关系为D＝d×f1/f2。

例如动力电池外壳的焊缝宽度需求为1mm以上，则聚焦光斑大小需求为小于但是接近1mm，进一步根据D＝d×f1/f2选择适当的聚焦镜，因此可以选择光纤芯径为600微米，聚焦镜焦距为150mm，准直镜焦距为100mm，此时聚焦光斑的直径为0.9mm，符合要求。

在本发明实施例中，步骤2中激光焊接头倾斜10°-20°。

在本发明实施例中，步骤3中确定焊接过程中聚焦镜的焦点位置及聚焦镜与动力电池外壳的距离的过程包括：

步骤301，设置一个薄不锈钢片，以较小的激光功率连续出光，该较小功率可以为100W-200W，观察火焰高度同时调节不锈钢片和聚焦镜之间的距离，在火焰高度最高处停止，记录此时聚焦镜到不锈钢片表平面的高度h1即为聚焦镜的焦点位置；

步骤302，以聚焦镜到动力电池外壳表平面的高度h1为基准，将聚焦镜向上移动高度h2，以设定功率出光，使得动力电池外壳焊缝宽度达到焊缝宽度需求，该高度h2即为聚焦镜与动力电池外壳的距离。

在本发明实施例中，步骤4中确定激光功率，焊接速度等工艺参数的具体方法包括：

步骤401，将激光器的功率设定为1800W，选择焊接速度，使得焊缝宽度达到焊缝宽度需求以上，且焊缝熔深达到焊缝宽度的70％以上。

在本焊缝宽度需求为1mm的具体实施例中，焊缝熔深可以为0.8mm，焊接速度可以达到3米/分钟至5米/分钟。

步骤402，将焊接速度设定为步骤401中满足要求的焊接速度，变化激光功率大小，使得焊缝宽度达到需求，且焊缝熔深达到焊缝宽度的70％以上。

在本焊缝宽度需求为1mm的具体实施例中，焊缝熔深可以为0.8mm，激光功率为1500W-1800W。

步骤401和步骤402中使用半导体激光器进行焊接时，使用氩气或者氮气作为保护气体。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种动力电池外壳的激光焊接方法，其特征在于，采用半导体激光器进行焊接，所述方法包括：

步骤1，根据动力电池外壳的焊缝宽度需求确定焊接处的聚焦光斑大小需求，根据所述聚焦光斑大小需求选择所述半导体激光器的光纤芯径、聚焦镜焦距和准直镜焦距的参数；

步骤2，将激光焊接头倾斜使激光束与动力电池外壳表平面保持一定角度；

步骤3，确定焊接过程中聚焦镜的焦点位置及聚焦镜与动力电池外壳的距离；

步骤4，确定半导体激光器的激光功率和焊接速度对动力电池外壳进行焊接。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述半导体激光器为光纤传导式或直接出光式，功率为2000w。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1包括：

所述聚焦光斑的直径D与所述焊缝宽度d的关系为：0.8d≤D＜d；

所述聚焦光斑的直径D、半导体激光器光纤芯径d、聚焦镜焦距f1以及准直镜焦距f2相互之间的关系为D＝d×f1/f2。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2中所述激光焊接头倾斜的角度范围是10°-20°。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3中确定焊接过程中聚焦镜的焦点位置及聚焦镜与动力电池外壳的距离的过程包括：

步骤301，设置一个薄不锈钢片，以较小的激光功率连续出光，所述较小功率范围是100w-200w，观察火焰高度同时调节所述不锈钢片和所述聚焦镜之间的距离，在火焰高度最高处停止，记录此时所述不锈钢片到所述聚焦镜表平面的高度h1为所述聚焦镜的焦点位置；

步骤302，以所述聚焦镜到动力电池外壳的高度h1为基准，将所述聚焦镜向上移动高度h2，以设定功率出光，使得所述动力电池外壳焊缝宽度达到需求，所述高度h2即为所述聚焦镜与所述动力电池外壳的距离。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤4中确定激光功率，焊接速度的工艺参数的方法包括：

步骤401，将激光器的功率设定为1800W，选择焊接速度，使得焊缝宽度达到焊缝宽度需求以上，且焊缝熔深达到焊缝宽度的70％以上；

步骤402，将焊接速度设定为所述步骤401中满足要求的焊接速度，变化激光功率大小，使得所述焊缝宽度达到焊缝宽度需求以上，且所述焊缝熔深达到焊缝宽度的70％以上。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤401和步骤402中使用所述半导体激光器进行焊接时，使用氩气或者氮气作为保护气体。